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タップインダクタコンバータ コモンズ

国内特許コード P110005793
掲載日 2011年9月21日
出願番号 特願2008-259612
公開番号 特開2010-093893
登録番号 特許第4951772号
出願日 平成20年10月6日(2008.10.6)
公開日 平成22年4月22日(2010.4.22)
登録日 平成24年3月23日(2012.3.23)
発明者
  • 西嶋 仁浩
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 タップインダクタコンバータ コモンズ
発明の概要

【課題】従来のアクティブクランプ方式のタップインダクタコンバータに比べて、出力電圧の制御が容易で、高効率、低ノイズのタップインダクタコンバータを提供する。
【解決手段】入力電源Viと負荷Rの間に、主スイッチSm、整流素子Dsr、1次及び2次の巻線を巻いた磁性体Trs、出力平滑コンデンサCoと、を含むタップインダクタコンバータにおいて、補助スイッチScと補助コンデンサCcを追加し、補助スイッチScを主スイッチSmがオンになる少し前の期間だけオンにする。また、補助スイッチScがオンの期間に、補助コンデンサCcとタップインダクタの漏れインダクタ成分を電流共振させる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


マイクロプロセッサにおいて、高クロック周波数、高集積、低消費電力を実現させるには、駆動電圧を下げる必要がある。例えば、パソコンのCPUでは、1997年は1.8Vで駆動していたのに対し、2007年では、1.0Vで駆動している。これに対し、マイクロプロセッサ用電源の入力電圧は、パソコンでは12V、産業応用機器では24Vが利用されており、これらの高い電圧から1V程度へ大幅に降圧する電源が必要となる。



低電圧出力を作る場合には、一般的に、図19に示す降圧形コンバータが用いられている。しかし、降圧形コンバータは、降圧比が大きくなるに連れて電力効率が悪くなるため、大幅に降圧する用途には不向きである。



そこで、大幅な電圧変換率を得るために、図20に示す様なタップインダクタコンバータが提案されている。このコンバータは、従来の降圧形コンバータの持つインダクタに中間タップを設けたもので、1次巻線n1と2次巻線n2の巻数比に比例して大幅な電圧変換率を得ることが出来る。



ただし、タップインダクタコンバータは、タップインダクタの漏れインダクタンスの影響により、主スイッチ(メインスイッチ)Smに過大なスイッチングサージが発生するため、このサージを取り除く対策が必要となる。しかし、RCスナバ回路など、熱損失としてサージエネルギーを捨てる方法では、電力効率を悪くするため問題がある。



そこで、損失を伴わない方法として、米国特許6,429,628、米国特許6,512,352、米国特許6,094,038に記載されたアクティブクランプ方式が提案されている。図1にその一例を示す。この方式は、1次巻線n1と並列に補助コンデンサ(クランプコンデンサ)Ccと補助スイッチ(クランプスイッチ)Scを接続し、主スイッチSmと補助スイッチScを交互にオン・オフさせる。なお、ダイオードDScとDSRは、補助スイッチScと同期整流スイッチSmのボディーダイオードである。これにより、補助スイッチScがオンの期間中に、サージエネルギーが一端補助コンデンサCcで吸収され、その後、このエネルギーは入力電源Viもしくは負荷Rへ回生されるため、原理的には電力損失が発生しない。

産業上の利用分野


本発明は、スイッチング電源に関し、特に、大幅な電圧変換率を高い電力効率で得られるタップインダクタコンバータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力電源と負荷の間に、主スイッチ、整流素子、1次及び2次の巻線を巻いた磁性体、出力平滑コンデンサとを設けて直流電圧を異なった直流電圧に変換するタップインダクタコンバータにおいて、補助スイッチと補助コンデンサからなる直列回路を、1次の巻線又は主スイッチと並列に設け、或いは主スイッチと1次巻線との中点とグランドとの間に設け、前記補助スイッチと並列に補助ダイオードを接続し、前記補助スイッチを主スイッチがオンになる時点から所定時間前迄の間だけオンにすることによって、コンバータの伝達特性を悪化させることなく、主スイッチのスイッチングサージを除去することを特徴とするタップインダクタコンバータ。

【請求項2】
前記補助スイッチの有するボディーダイオードを前記補助ダイオードの代わりに利用し、部品点数を減らしたことを特徴とする前記請求項1に記載のタップインダクタコンバータ。

【請求項3】
前記補助スイッチがオンの期間に、補助コンデンサとタップインダクタの漏れインダクタ成分を電流共振させることを特徴とする前記請求項1、請求項2に記載のタップインダクタコンバータ。
産業区分
  • 固体素子
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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